九江枢纽互通B匝道大桥现浇箱梁超高支架设计与施工技术

赵志成

摘要 文章结合铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路土建TJ-10合同段九江枢纽互通B匝道大桥现浇箱梁施工，介绍了超高支架现浇箱梁支架（钢管柱+贝雷+盘扣支架）设计及施工技术，并通过计算验证了支架的稳定性。解决了传统施工采用满堂支架施工因跨径及最大桥高影响，距离地面高度超出满堂支架及碗扣支架规范高度，支架垂直度、稳定性难控制问题，为同类超高支架现浇箱梁施工提供经验。

关键词 枢纽互通;超高支架;现浇箱梁

中图分类号 U448.213 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）07-0142-04

0 引言

随着国家经济发展的突飞猛进，桥梁发展事业逐渐多元化、多种化。现浇箱梁施工从以前的少量化转变成现在的普遍化。但在云贵川高原地区现浇箱梁施工还是一项比较难攻克的技术点。云贵川所处地段属于丘陵过度的斜坡地带，西北高、东南低。区内山岭连绵、峰峦叠嶂、深沟险壑，地形多陡峻，喀斯特地貌发育典型。该种地形地势下，桥体距地面高度较高、跨径大，如何结合现场实际情况，选取科学、合理的支架形式及施工工艺，解决支架搭设难、易发生坍塌事故问题，是超高支架现浇箱梁施工中面对的主要问题。

1 工程概况

铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路TJ-10合同段位于贵州省铜仁市松桃县九江乡。九江枢纽B匝道大桥为整体式桥梁，桥长385.9 m，最大桥高58 m，其中第三联三跨为35 m+50 m+35 m混凝土现浇箱梁，最大纵坡2.2%，最大横坡4%[1]。

B匝道现浇箱梁采用预应力混凝土单箱双室箱梁，梁宽10 m，箱梁悬臂长2 m，梁高3 m。翼缘板横向宽度2 m，外侧厚度20 cm，内侧厚度50 cm，有半径为1.5 cm滴水槽;跨中中隔板纵向长度为50 cm，由中隔板向两侧依次为等厚段、渐变段和实心段。箱室等厚段纵向长度为19.75 m，顶板厚30 cm，底板厚25 cm;渐变段纵向长度为4 m，顶板厚55 cm，底板厚50 cm，两端剩余部分为实心段。

2 支架设计

九江互通B匝道大桥现浇箱梁支架由钢管柱+贝雷梁+盘扣式支架组成。贝雷梁下部采用钢管柱式墩，基础采用钢筋混凝土扩大基础。支架基础采用3 m×3 m×1 m混凝土C30扩大基础;上设φ609×12 mm钢管支柱，横联采用组合桁架;主横梁为双拼工字钢I56a，主横梁上设贝雷片与盘扣满堂支架，贝雷片与盘扣支架间为工字钢双拼I12.6分配梁过渡连接;盘扣支架上端架设I10分配梁与10×10 cm方木。

3 支架验算

B匝道大桥现浇箱梁高度为3 m，线荷载最大且离地高度最高，第二跨高度离地高度最高为最不利工况，取B匝道第二跨支架进行验算。此处仅列举荷载计算、基础计算、钢管柱计算、贝雷梁计算及盘扣支架计算。

3.1 荷载计算

3.1.1 恒荷载

（1）箱梁自重荷载。根据主要工程数量表，B匝道桥的总重为：1 176×24.4（混凝土）+ 360 649（钢筋）+58 597（钢绞线）=447 940.4 kg。现浇箱梁部分总长度为35+50+35=120 m，线荷载为3 732.84 kg/m。

（2）材料荷载：

15 mm厚竹胶板自重：0.15 kN/m2;

方木自重：5 kN/m3;

I10工字钢自重：11.2 kg/m=0.11 kN/m;

I12.6工字钢自重：14.2 kg/m=0.14 kN/m;

I50a工字钢自重：93.6 kg/m=0.84 kN/m;

I56a工字钢自重：106.3 kg/m=1.04 kN/m;

盘扣支架自重：1 kN/m;

321型贝雷片自重：0.9 kN/m。

3.1.2 活荷载

（1）倾倒混凝土时产生的冲击荷载：均布荷载2.0 kN/m2。

（2）振捣混凝土时产生的荷载：均布荷载2.0 kN/m2。

（3）施工人员及设备荷载：均布荷载3.0 kN/m2。

3.1.3 风荷载

根據《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）计算，按照山谷地形，B类地面粗糙度，风荷载垂直施加于迎风面一侧的管桁架的所有杆件上，风荷载标准值计算公式为：

Wk=βz μs μzW0 （1）

式中：W——风荷载标准值（kN/m2）;βz——风震系数，取2.5;μs——风荷载体型系数，根据表8.3.1计算得μs=0.6;μz——风压高度变化系数，查表8.2.1按每10 m一段取值;W0——基本风压，按0.3 kN/m2。

风荷载标准值计算：

Wk=2.5×0.6×1.13×0.3=0.51 kN/m2（15 m高度）;

Wk=2.5×0.6×1.23×0.3=0.55 kN/m2（20 m高度）;

Wk=2.5×0.6×1.39×0.3=0.63 kN/m2（30 m高度）。

Wk=2.5×0.6×1.52×0.3=0.68 kN/m2（40 m高度）。

Wk=2.5×0.6×1.62×0.3=0.73 kN/m2（50 m高度）。

3.2 基础计算

3.2.1 持力层选取

根据设计图详勘报告，按分布最广残破积碎石层承载力计算，取[fa0]=250 kPa。

3.2.2 地基承载力计算

钢管立柱采用扩大基础，扩大基础持力层承载力为250 kPa;扩大基础尺寸为300 cm×300 cm×100 cm，基础底截面积A=3 m×3 m=9 m2，则扩大基础自重为3.0×3.0×1×26=234 kN;由钢管柱支反力计算结果得：钢管柱承受的最大轴向力为1 691.4 kN。钢管柱自重为1.76×48=84.5 kN。

地基所承受荷载为：1 691.4+234+84.5=2 009.9 kN，按2 100 kN进行计算。

混凝土基础底面的平均压力：

=233 kPa<250 kPa （2）

式中，Pk——相应于荷载效应标准组合时，立杆底部的平均压力值（kPa）;F——上部立杆传至基础顶面的轴向力标准组合值（kN）;A——可调底座底板对应的基础地面面积。

地基承载力满足要求。

3.2.3 基础冲切计算

对基础冲切进行验算，根据《混凝土结构设计规范》公式6.5.5-1，基础冲切通过下述公式进行计算：

Ft≤0.7βh ftηumh0 （3）

式中：βh——截面高度影响系数，取1.0;ft——混凝土轴心抗拉设计值，取1 430 kPa;η——局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数，取1;um——截面的周长，取2 609 mm=2.6 m;h0——截面有效高度，取1 m。

计算得：

Ft≤0.7×1×1 430×1×2.6×1=2 602.6 kN>2 100 kN

基础冲切满足要求。

3.3 钢管柱计算

3.3.1 强度计算

=66.3 MPa<215 MPa （4）

式中，σ——正应力;N——钢管柱承受最大轴向力;A——钢管柱截面积。

强度满足要求。

3.3.2 稳定性计算

风荷载产生水平荷载简化为点荷载作用于柱顶，按悬臂结构计算钢管桩产生弯矩，支架主要受风结构为贝雷片和钢管柱，单片贝雷迎风面面积为2.04 m2，按4片贝雷考虑，钢管柱迎风面宽度为0.61 m，风荷载取0.73 kN/m2，钢管柱受到水平点荷载为：0.73×2.04=1.5 kN，均布荷载为0.73×0.61=0.45 kN/m。

钢管立柱受到的弯矩为：

1.5×5+0.45×52/2=13.125 kN·m

钢管立柱的计算长度取为5 m。则钢管立柱长细比为：24<150，长细比满足要求。查“Q235钢管轴心受压构件的稳定系数”表得φ=0.936。验算钢管桩稳定性如下：

=70.8+4.0=75 MPa<215 MPa （5）

式中，σ——正应力;N——钢管立柱轴向力;A——立柱截面面积;M——风荷载对立柱产生的弯矩;W——截面模量;φ——轴心受压构件稳定系数。

稳定性满足要求。

3.4 贝雷梁计算

3.4.1 计算参数

贝雷梁计算参数如表1：

3.4.2 荷载计算

（1）实心部分混凝土箱梁自重荷载：3×26=78 kN/m2。

渐变部分处混凝土箱梁自重荷载：1.05×26=27.3 kN/m2。

标准部分处混凝土箱梁自重荷载：0.55×26=14.3 kN/m2。

（2）材料自重荷载：

0.15+0.5+0.11+0.2+0.2+0.1=1.26 kN/m。

（3）施工人员及施工设备荷载：3.0 kN/m2。

（4）振捣混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2。

（5）倾倒混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2。

荷载设计值（容许应力法）：

实心部分：[（78+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=78.14 kN/m。

渐变部分：[（27.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=32.01 kN/m。

空心部分：[（14.3+1.26）+（3.0+2.0+2.0）]×0.9=20.31 kN/m。

跨径为15 m，悬挑为3 m进行计算。

3.4.3 强度计算

使用结构力学求解器对贝雷梁进行计算，按照实际支撑的多跨連续梁进行建模。

贝雷梁所受最大弯矩为457.76 kN·m<788.2 kN·m，满足规范要求;贝雷梁所受最大剪力为200.28 kN<

245.2 kN，满足规范要求。

3.5 盘扣支架计算

盘扣支架外径6 cm，壁厚0.35 cm;横杆、斜撑外径4.8 cm，壁厚0.25 cm。

3.5.1 计算参数

（1）力学性能：W= 8.3×103 mm3，I=2.5×105 mm4，i×=20 mm，A=6.21×102 mm2。

（2）材料性能：Q235钢材：[σ]=215 MPa，[τ]=125 MPa，E=2.06×105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m3。

Q345钢材：[σ]=310 MPa，[τ]=180 MPa，E=2.06×

105 MPa，密度ρ=78.5 kN/m3。

3.5.2 荷载计算

（1）实心部分混凝土箱梁自重荷载：

1.5×26=78 kN/m2。

空心部分处混凝土箱梁自重荷载：1.05×26=27.3 kN/m2。

（2）材料自重荷载：0.15+0.5+0.11+0.2=0.96 kN/m。

（3）施工人员及施工设备荷载：3.0 kN/m2。

（4）振捣混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2。

（5）倾倒混凝土时产生的荷载：2.0 kN/m2。

荷载设计值：

实心部分：[1.2×（78+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×

0.6×0.9=56.45 kN。

空心部分：[1.2×（27.3+0.96）+ 1.4×（3.0+2.0+2.0）]×

1.2×0.9=47.21 kN。

（6）风荷载取0.05 kN/m。

3.5.3 立杆计算

N=56.45 kN

MW=0.9×1.4×0.05×1.2×1/10=0.01 kN·m

最大弯矩为0.04 kN.m，最大轴力为60.7 kN。 根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231—2010）中稳定性计算公式计算钢管的稳定性，公式如下：

（6）

式中，N——所计算构件段范围内的轴心压力;φ——弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数;Mw——风荷载对立杆产生的弯矩;A——立杆截面面积;W——截面模量。

钢管计算长度为1.7 m，钢管回转半径为20 mm，长细比为：。根据《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231—2010）查表可得φ=0.692。

=181.28+2.11=183.39 MPa<300 MPa

满足要求。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

施工准备→地基处理、检测→基础浇筑→钢管桩及平联安装→主横梁安装→贝雷梁安装→横、纵分配梁安装→盘口支架安装→底模方木及模板安装→支架预压→钢筋混凝土及预应力施工→支架拆除。

4.2 基础施工

支架基础采用混凝土扩大基础，针对陡坡和软泥处持力层不稳定地基，采用破碎和反开挖换填片石进行处理，保证地基的承载力满足要求，浇筑基础混凝土形成一个整体性结构，混凝土一次性浇筑完毕，顶面预埋钢管柱基础钢板和地脚螺栓。基础要求浇筑完成后顶面位于同一水平面上，便于控制标高，待强度达到80%后方能进行连接钢管柱，保证其稳定性[2]。

4.3 鋼管柱施工

钢立柱采用φ609×12 mm钢管，全法兰盘连接。B匝道跨径为50 m，根据承载力计算将管柱布置间距分别分为纵桥向6 m和12 m，横桥向间距为4 m，钢管柱高度根据现场基础顶高程反推其需要长度，为保证钢管柱施工时操作方便，分别设置长度为12 m、6 m、4 m、2 m、1 m、0.5 m、0.3 m几个尺寸规格。钢管柱底部、顶部均焊接2 cm厚法兰板，法兰板直径750 mm，每个法兰板上设置16个加强筋板，筋板尺寸为270 mm×70 mm×20 mm。钢管柱之间的连接采用在法兰板上均布的16个螺栓连接，螺栓长75 mm，直径20 mm，强度为8.8级，保证其稳定性。

钢管柱的安装采用塔吊，使钢管柱中心与基础预埋钢板中心对齐，沿钢管柱底角将钢管柱与预埋钢板焊接，同时将加劲板与基础中的预埋钢板和钢管柱焊接，保证焊接质量[3]。

针对现浇箱梁高大高度达到58.48 m，保证其钢管柱的垂直度、保证受力均匀是控制重点，具体措施如下：

（1）现场采用全站仪定点双面采用吊线坠法，保证立柱的垂直度满足规范要求。

（2）钢管柱立设完成后采用平联、斜撑进行固定，平联有1.5 m、2 m、2.5 m、3 m四种型号。平联与钢管柱连接采用节点板的方式连接，确保垂直度。

4.4 主横梁施工

在横桥向钢管柱上安装主横梁，采用双拼工字钢I56a，布设按纵向工字钢、贝雷梁与主横梁受力位置确定，两片工字钢对焊成Ⅱ型。

4.5 贝雷梁施工

纵向主梁由标准贝雷片组成桁架式钢梁，每组采用双排、三排单层加强结构。横桥中部为三排，其余为双排，每组贝雷桁架间距60 cm。安装时先在桥下将贝雷片用90 cm定型花窗连接，纵向拼装至9 m长后，使用塔吊将拼装好的贝雷桁架吊至测量放样确定出的主梁位置，全部主梁安装就位后，用∠7.5×5 mm角钢“门”焊接在下横梁上来固定主梁。

4.6 横、纵向分配梁施工

横向分配梁采用I10工字钢，在盘扣支架上下分别横向布置。分配梁与贝雷之间连接采用U形卡，将分配梁与贝雷紧紧卡死。纵向分配梁采用10×10 cm方木铺设，横向分配梁固定好后，按照30 cm的间距铺设。

4.7 盘扣支架施工

盘扣支架纵横水平杆步距为1 m，每根立杆下设可调底座，可调底座的关键作用是用来调节箱梁横坡，插入立杆长度不得小于150 mm，丝杆外露长度不大于400 mm，立杆应垂直，以保证支架自身稳定。

4.8 支架预压

支架的预压方式采用砂袋预压，预压时间不少于7天，预压时，砂袋荷载为梁体自重的1.1倍[4]，具体加载步骤如下：

第一级加载：0%→60%;

第二级加载：60%→100%;

第三级加载：100%→110%。

5 总结

面对贵州山岭重丘区，地势地形复杂，现浇箱梁施工条件差，钢管贝雷支架搭设难度大，在工期短、任务重的情况下，项目依据现场实际情况，通过采用钢管柱+贝雷+盘扣支架的支架方式，解决了超高支架现浇箱梁施工难问题，确保了施工安全，保证了工期计划，为后续同类工程提供了宝贵经验和数据。

参考文献

[1]中交一公局公路勘察设计院有限公司.铜仁市沿河经印江（木黄）至松桃高速公路两阶段施工设计[M]. 2018.

[2]公路工程施工安全技术规程： JTG F90—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[3]公路桥涵施工技术规范： JTG/T F50—2011[S]. 北京：人民交通出版社， 2021.

[4]钢管满堂支架预压技术规程： JGJ/T 194—2009[S]. 北京：人民交通出版社， 2009.